Устройство для защиты конденсаторных батарей с внешними предохранителями Советский патент 1983 года по МПК H02H7/16 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к технике релей ной защиты конденсаторных батарей. Конденсаторные батареи являются составной частью фильтров высших гармоник (ФВГ) , устанавливаем1лх для повышения качестваэлектроэнергии. Конденсаторная батарея подразделяет на последовательные ряды, а каждый ряд, в свою очередь, содержит по несколько параллельно соединенных конденсаторов. Общее количество кон денсаторов в батарее может достигать несколько сотен и зависит от напряже ния сети. Каждый конденсатор защищае ся индивидуальным внешним предохранителем, имеющим механический указатель срабатывания Til. Характерным повреждением конденсаторной батарейки является пробой конденсатора, сопровождающийся корот КИМ замыканием (к.з) ряда и последую щим перегоранием предохранителя. Пос ле сгорания предохранителя поззрежден ный конденсатор выделяется из ряда и устанавливается новый режим работы батареи. Параметры этого режима-отли чаются от исходного в заметной стапени только для ряда с аварийно-отключенным конденсатором и выражаются в повышении напряжения на оставшихся исправных конденсаторах рйда. Если длительная перегрузка конденсаторов в новом режиме :батареи не превышает допустимую по ГОСТ 1282-79 Е величину (1,1 цо, ), то батарея может оставаться в работе как угодно долго до момента повреждения на аварийном ряду второго конденсатора, приводящего к дальнейшему увеличению напряжения на исправных конденсаторах. При этом время, в течение которого батарея может оставаться в работе, ограничено. Повреждение, следующего, например третьего конденсатора ряда приведет к недопустимым перенапряжениям на ряду, при которых эксплуатация батареи недопустима. В этом случ ФВГ должны отключаться от сети. Отключение поврежденного конденсатора предохранителем происходит вблизи перехода сопровождающего тока через нуль. Это вызывает появление на каждом ряду конденсаторной батареи апериодических составляющих напряжений. Наиболее близким по технической с щности к предлагаемому является способ, обнаруживающий повреждение конденсатора в батарее по возникновению апериодической составляющей напряжения и реализующее его устройство, содержащее конденсаторную батарею с реактором, трансформатор напряжения, выключатель, блок управ ления исигнализации выключателя, конденсатор, один из выводов которого заземлен, выпрямитель, элемент выдержки времени реагирующий и исполнительный элементы 2, Недостатками указанного устройства, являются ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в том, что устройство не определяет количество вышедших из строя конденсаторов в, одном ряду батареи и не отключает ее, когда напряжение на ряду становится выше допустимого, что в свою очередь приводит к лавинообразному/ процессу выхода из строя конденсаторов, а также сложность выполнения, обусловленная необходимостью установки двух вь1соковольтнь1х аппаратов; трансформатора напряжения и активного делителя. Причем активный делитель наружной установки-- на номинальное напряжение 220 кВ электротехнической промышленностью не выпускается. Цель .изобретения -.расширение функциональных возможностей путем определения предельного числа вышедших из строя конденсаторов. Указанная цель достигается тем, что устройство для защиты конденсаторных батарей с внешними предохранителями и реактором, содержащее трансформатор напряжения, выключатель, блок управления и сигнализации выключателя, конденсатор, один из вьгеодов которого заземлен, последовательно соединенные выпрямитель, элемент выдержки времени, реагирующий и исполнительные элементы, дополнительно введены сигнальный элемент, резистор, одновибратор, второй элемент выдержки времени и вторые реагирующий и исполнительный элемент ы,при этом начало первичной обмотки трансформатора подключено к средней точке защищаемой конденсаторной батареи, конец обмотки объединен с входом выпрямителя и вторым выводом упомянутого конденсатора, вторичная обмотка трансформатора подсоединена к резистору, а к выходу выпрямителя подключены две параллельные цепочки, каждая из которых содержит последовательно соединенные реагирующий элемент, элемент выдержки времени и исполнительный элемент, причем выход исполнительного элемента первой цепочки подключен к цепи отключения выключателя, выход исполнительного элемента второй цепочки - к сигнальному элементу, вход одновибратора соединен с блоком управления и сигнализации выключателя, а его выход с элементами выдержки времени. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-4 графики поведения устройства защиты. Устройство содержит конденсаторную батарею 1, реактор 2, выключатель 3, блок 4 управления и сигнализации вык.лючателя, трансформатор 5 напряжения, конденсатор 6, выпрямитель 7, реагирующие элементы 8 и 9, элементы 10 и 11 вьщержки времени, исполнительные элементы 12 и 13, сигнальный элемент 14f одновибратор 15, резистор 16. Кроме того, на чертежах обозначе ны: сигнал 17 на входе выпрямителя 7 пороги 18 и 19 срабатывания (уставки соответственно реагирующих элементов 8 и 9, сигнал 2Q на выходе реагирующих элементов 8 и 9, выходные сигналы 21 и 22 соответственно реагирующих элементов 8 и 9, сигналы 23 .и 24 на выходе элементов 10 и 11 выдер жки времени, сигналы 25 и 26 на выходе исполнительных элементов 12 и 13.. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии на конденсаторе 6 имеется переменное напряжение с частотой сети 50 Гц. Амплитуда этого напряжения зависит от выбранно го соотношения полного сопротивления первичной обмотки трансформатора 5 напряжения и сопротивления конденсатора 6 и составляет десятые доли вольта. По отношению к апериодической составляющей, появляющейся на конденсаторе 6 при повреждении конденсатора батареи, амплитуда переменног напряжения не превышает 5-8%. Чтобы полярность сигнала на входе реагирующих элементов 8 и 9 не зависела от полярности апериодической составляющей напряжения на конденсаторе 6, в схеме предусмотрен выпрямитель 7. В нормальном режиме работы батареи на выходе выпрямителя 7 всегда имеет ся сигнал, обусловленный переменной составляющей напряжения на конденса торе 6. Обозначим этот сигнал напряжением режима нагрузки. К выходу выпрямителя 7 подключены реагирующие элементы 8 и 9, выполненные, например, по схеме компаратора. Этими элементами осуществляется сравнение с уставками 18 и 19 сигналов, посту пающих с выпрямителя 7. Численное значение уставок 18 и 19 зависит от напряжения батареи 1 и количества рядов конденсаторов в ней Уставка 19 элемента 9 выполняется равной двум амплитудам напряжения режима нагрузки. Напряжение уставки 18 элемента 8 в несколько раз превы шает уставку 19 и выбирается исходя из условия, что сигнал на его выходе появится после очередного пробоя конденсатора, когда напряжение на ряду с поврежденными конденсаторами возрастет до предельно допустимого, т. е. когда требуется немедленное отключение батареи. В установившихся режимах высоковольтной сети напряжения уставок пре вышают уровень сигналов с выхода выл рямителя 7 и элементы 8 и 9 не работ ют. Элемент 11 вьодержки времени предназначен для отстройки исполнительного органа 13 от режима включения батареи и режимов внешних короткч-гх замыканий. Исполнительный орган 12 от указанных режимов отстроен по напряжению уставки 18, поэтому элемент 10 выдержки времени необходим только для повышения помехоустойчивости. Исполнение элементов 10 и 11 времени должно допускать их блокирование путем подачи положительного или отрицательного импульса. Для формирования такого импульса времени применен одновибратор 15, запускаемый контактами блока управления и сигнализации. На фиг. 2 показан график поведения устройства защиты в режиме включения конденсаторной батареи. В момент включения на конденсаторе 6 возникают свободные затухающие колебания напряжения сигнала 17, определяемые параметрами трансформатора 5. Период этих колебаний может составлять несколько секунд. Поскольку выдержка времени элемента 11 берется большей полупериода указанньпс колебаний, то срабатьшания- устройства защиты не произойдет. В режиме пробоя (фиг. 3) одного из конденсаторов любого ряда батареи, в момент перегорания предохранителя на средней точке батареи имеет место апериодическая слагающая напряжения. Через сопротивление первичной обмотки трансформатора 5 напряжения эта апериодическая заряжает конденсатор 6 практически до амплитуды, поскольку постоянная вреМени затухания апериодической составляет около 20 с для конденсаторов типа КСША- 6,3-50). Максимальное значение апериодической может быть подсчитано по формулеV cl2(m-tHn-1 где - мгновенное значение принужденной составляющей напряжения на батарее в момент отключения предохра-i нителем поврежденного конденсатора ш - число параллельно включенных конденсаторов в ряду; h - число последовательных рядов в батарее. Сигнал 20 .на выходе выпрямителя 7 в этом случае превышает напряжение уставки 19 и длительность за держки элемента 11 времени. Происходит срабатывание исполнительного 13 и сигнального 14 элементов. При этом обслуживающим персоналом должно быть зафиксировано, что в оп ределенной фазе батареи произошел пробой конденсатора, а сигнальный элемент возвращен в исходное состояние. Аналогично цепочка из реагиру щего элемента 9, элементов 11 - 14 будет фиксировать и все последующие пробои конденсаторов батареи. Если проЗои конденсатора происходят на,ряду, на котором имеются отключенные предохранителями поврежденные конденсаторы, то амплитуд апериодической составляющей возрас.тет по сравнению с той, что имеет место при пробое первого конденсато ра. Численное значение амплитуды апериодической составляющей при про бое К конденсаторов в одном ряду определяется по выражению V - . « (m-K)2(.n-1)2, В случаях, когда пробой конденса тора приводит к росту напряжения на аварийном ряду до предельного допус:тимого, амплитуда сигнсша;;20 с выхода выпрямителя 7 превышает напряжени уставки 18 и вызывает срабатывание реагирующего элемента 10 и исполнительного элемента 12. При этом длительность импульса с выхода элемента 12 достаточна для отключения выклю-г чателя 3. В режиме отключения батареи о сети на ее конденсаторах возможно появление апериодических составляющих, подобных тем, что имеют место при пробое. Однако в этом случае импульсом с одновибратора 15 блокируется :злементы 10 и И времени и срабатьюа ние исполнительных элементов 12 и 13 не произойдет. Таким образом, путем исключения .J высоковольтного делителя и одновременно подключением трансформатора напряжения к средней точке.защищаемой конденсаторной батареи, что снижает класс изоляции последнего достигнуто упрощение устройст-ва для защиты кон-f денсаторной батареи; введением дополм нительных реагирующего, исполнительного и сигнального элементов, а также .элемента выдержки времени.достигнувто расширение функциональных возможностей устройства, заключакнцееся в фиксировании предельно допустимого количества поврежденных конденсаторов в одном ряду батареи.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ С ВНЕиНИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ и реакторе, содержащее трансфор латор напряжения, выклю чатель, блок управления и сигнализа ции выключателя , конденсатор, один из вьюодов которого заземлен, после довательно соединенные вьтрямитель элемент выдержки времени, реагирующий и исполнительные элементы. отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены сигнальный элемент, резистор, одновибратор, второй элемент выдержки времени и вторые реагирующий и исполнительный элементы, при этом начало первичной обмотки трансформатора напряжения подключено к средней точке защищаемой конденсаторной батареи, конец обмотки объединен с входом выпрямителя и вторым выводом упомянутого конденсатора, вторичная обмотка трансформатора подсоединена к резистору, а к выводу выпрямителя подключё ны две параллельные цепочки, каждая из которых содержит последовательно соединенные реагирующий элемент, элемент выдержки времени и исполнительный элемент, причем выход исполнительного элемента первой цепочки подключен к цепи отключения выключателя, выход испол нитального элемента второй цепочки - к сигнальному элементу, вход одновибратора соединен с блоком управления и сигнализации выключателя, а его выход - с элементами выдержки времени.

2j.. tfx7V..

-j-TT

19 20

25 22

irnr,

17

/S

гв

t 6 t f& fl 1 fS te to M i« iff IgC

Й

16

i:

фаг.З

77

2 It Ь Is ff h }f /6 8 /0 h /f

18

19 0

z ч 6 8 № f2 w f6 ff fff гг г г гв

и

П

п

ZS

П

П

26

фиеЛ

i